機械零件的失效形式及原因

機械零件的失效是指零件在使用過程中，零件部分或完全喪失了設(shè)計功能。零件完全被破壞不能繼續(xù)工作；或零件已嚴(yán)重?fù)p壞，若繼續(xù)工作將失去安全；或雖能安全工作，但已失去設(shè)計精度等現(xiàn)象都屬于失效。為了預(yù)防零件失效，需對零件進(jìn)行失效分析，即通過判斷零件失效形式、確定零件失效機理和原因，有針對性地進(jìn)行選材、確定合理的加工路線，提出預(yù)防失效的措施。

1、機械零件失效形式

機械零件常見的失效方式可以分為三種類型：過量變形失效、斷裂失效和表面損傷失效。

（1）過量變形失效：零件因變形量過大超過允許范圍而造成的失效。它主要包括過量彈性變形、塑性變形和高溫下發(fā)生的蠕變等失效形式。

（2）斷裂失效：因零件承載過大或疲勞損傷等原因而導(dǎo)致分離為互不相連的兩個或兩個以上部分的現(xiàn)象。斷裂是最嚴(yán)重的失效形式，它包括韌性斷裂失效、低溫脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效、蠕變斷裂失效和環(huán)境破斷失效等幾種形式。

（3）表面損傷失效：零件工作時由于表面的相對摩擦或受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕在零件表面造成損傷或尺寸變化而引起的失效。它主要包括表面磨損失效、腐蝕失效、表面疲勞失效等形式。

需要指出，同一種機械零件在工作中往往不只是一種失效方式起作用。但是，一般造成零件失效時總是一種方式起主導(dǎo)作用。失效分析的核心問題就是要找出主要的失效方式。

2、機械零件失效的原因

引起機械零件失效的因素很多且較為復(fù)雜，涉及零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、材料的加工制造、產(chǎn)品的裝配及使用保養(yǎng)等多個方面。

（1）設(shè)計不合理：主要是指零件結(jié)構(gòu)和形狀不正確或不合理，如零件存在缺口、小圓弧轉(zhuǎn)角、不同形狀過渡區(qū)等。另一方面是指對零件的工作條件、過載情況估計不足，造成零件實際工作能力不足，致使零件早期失效。

（2）選材不合理：設(shè)計中對零件失效的形式判斷錯誤，所選的材料性能不能滿足工作條件需要；選材所依據(jù)的性能指標(biāo)不能反映材料對實際失效形式的抗力，選擇了錯誤的材料；所選用的材料質(zhì)量太差，成分或性能不合格導(dǎo)致不能滿足設(shè)計要求等都屬于選材不合理。

（3）加工工藝不合理：零件的加工工藝不當(dāng)，可能會產(chǎn)生各種缺陷，導(dǎo)致零件在使用過程中較早地失效。如熱加工過程中出現(xiàn)過熱、過燒和帶狀組織；熱處理過程中出現(xiàn)脫碳、變形、開裂；冷加工過程出現(xiàn)較深的刀痕、磨削裂紋等。

（4）安裝使用不當(dāng)：裝配和安裝過程不符合技術(shù)要求，如安裝時配合過緊、過松，對中不準(zhǔn)，固定不穩(wěn)等都可能導(dǎo)致零件不能正常工作或過早出現(xiàn)失效；此外，使用過程中違章操作、超載、超速、不按時維修和保養(yǎng)等也會造成零件過早出現(xiàn)失效。